Регулирование частоты вращения приводных двигателей

8.1. Система автоматического регулирования частоты ДГ

В соответствии с требованиями Регистра все судовые генераторы, предназначенные для параллельной работы, должны быть оснащены системой автоматического регулирования частоты САРЧ или САСЧ.

Для генераторов, работающих в автоматическом режиме, наличие САРЧ желательно, обычно это простые системы типа регулятора Уайта.

Главный недостаток центробежных регуляторов это малое быстродействие (высокая инерционность). Кроме того, они являются регуляторами по отклонению, и они не учитывают возмущающего воздействия, которое оказывается на регулируемую величину. Например: на изменение нагрузки. Поэтому на современных судах используют комбинированные регуляторы, учитывающие оба фактора.

Рассмотрим структурную схему комбинированной системы стабилизации частоты вращения дизеля (рис.55). В нее входят: М-дизель, Г- синхронный генератор, и пунктирно обозначен ЭГУ (электрогидравлический усилитель), в состав которого входят: электромагнитные муфты М, гидроусилитель ГУ1 (на схеме не показан), и магнитный усилитель У.

Кроме этого входят центробежный элемент ЦЭ, измеритель нагрузки ИН, исполнительный орган ИО, задатчик З и суммирующий гидроусилитель ГУ2. Схема работает следующим образом: сигнал отклонения частоты воспринимается измерительным органом ЦЭ и сигнал рассогласования текущего значения частоты вращения и заданного задатчиком З подается на суммирующий гидроусилитель ГУ2, ГУ2 через исполнительный орган ИО обеспечивает канал регулирования по отклонению.

Сигнал о внешнем воздействии воспринимается измерительным элементом активной мощности ИН в виде сигнала пропорционального току нагрузки, далее он обрабатывается в ЭГУ и подается в ГУ2. Так реализуется канал регулирования по возмущению. Закон регулирования, и в частности коэффициент статизма может меняться в результате настройки жесткой (рычажной) связи между центробежным элементом и задатчиком. Кроме того, для обеспечения точности регулирования вводится обратная связь между ЦЭ и ГУ2 (пунктирная стрелка).

Данная схема позволяет обеспечить точную стабилизацию частоты до 20% от n_{н ,} при этом внезапные сбросы нагрузки или ее набросы могут вызывать соответственно скачок (или провал) частоты до 10% от n_н, регулятор обеспечивает ее восстановление в течении времени не более 2 секунд. Данная схема получила широкое применение, но ее быстродействие при внезапных изменениях нагрузки оставляет желать лучшего. Сейчас широкое применение получили электронные регуляторы частоты, которые в отличие от рассмотренной схемы не только имеют высокое быстродействие, но и позволяют изменять закон регулирования, то есть электронные блоки в одном устройстве могут задавать различные законы регулирования. Если в рассмотренной схеме реализуется регулятор пропорционального действия и иногда ПИ-регулятор, то в электронных регуляторах используют 3 канала регулирования, что при соответственной настройке позволяет реализовать практически любой закон регулирования.

Рассмотрим структурную схему регулятора частоты, см. рис.57. Особую роль здесь играет состав элементов входящих в сам регулятор. Здесь представлены 3 вида регулятора: П, И, Д-регуляторы. в реальности их состав может быть другим, в зависимости от требуемого закона регулирования. Так как вся информация поступает в схему сравнения в виде электрических сигналов (здесь Хэ – эталонное значение контролируемой величины, Хвх – текущее значение контролируемой величины, Хос – сигнал обратной связи). Так как все они поступают в виде электрических сигналов, то инерционность системы практически отсутствует (нет рычажных, гидравлических, пневматических и других связей).

На выходе схемы сравнения формируется сигнал рассогласования Хс, являющийся входным для регулятора, сам регулятор реализует требуемый закон регулирования (заданная математическая зависимость) Хрег=f(Хэс). Усилитель У обеспечивает требуемый коэффициент усиления Ху по отношению к Хрег. Применение комбинированного регулятора содержащего даже простейшие П, И, Д-регуляторы позволяет учитывать изменение не только самого сигнала, но и обеспечить:

- Изменение выходного сигнала в зависимости от скорости входного сигнала (интегральная часть – И-регулятор).

- Регулирование скорости изменения выходного сигнала в зависимости от изменения входного сигнала (дифференциальная часть или Д-регулятор).

При этом, изменяя степень участия каждого из каналов в работе регулятора можно обеспечить практически любые динамические характеристики САР.

8.2. Система автоматического регулирования частоты электромашинного преобразователя

В таких системах получивших широкое применение на судах в СЭЭС постоянного тока в качестве приводного двигателя обычно используется двигатель постоянного тока, нагрузкой которого является синхронный генератор - СГ. Значение частоты переменного тока СГ является основным параметром, поэтому конечной целью такой САР является регулирование именно частоты переменного тока через регулирование частоты вращения. Для этого в системе используется два резонансных контура, см. рис.58., настроенных на разные частоты. Причем по отношению к номинальной частоте первый контур имеет резонанс на частоте меньшей номинальной частоты, а второй контур на частоте больше номинальной частоты. Оба контура включены последовательно с полупроводниковым выпрямителем UZ1 и UZ2, и встречно с обмотками управления ОУ1 и ОУ2 магнитного усилителя МУ. Питание МУ обеспечивается от статорной обмотки СГ.

ДПТ содержит две обмотки возбуждения включенных согласно. Так как обмотки ОУ1 и ОУ2 магнитного усилителя включены встречно, то при значении fтек=fном разность намагничивающих сил обмоток управления ОУ1 и ОУ2 будет равна нулю. При увеличении частоты выше номинальной, в первом резонансном контуре и соответственно в ОУ1 ток уменьшится, а во втором контуре Iоу2 увеличится. В результате в магнитном усилителе магнитный поток Фрез=(Фоу1– Фоу2)<0.

Этот сигнал, воздействуя через магнитный усилитель уменьшит магнитный поток двигателя М, в результате этого частота вращения агрегата уменьшится приближаясь к номинальной, и частота переменного тока приблизится к f ном.

При снижении частоты ниже номинальной имеет место обратный процесс. В этом случае Фрез>0.

Достоинством данной схемы является ее простота и высокая надежность работы. Недостатком данной схемы по отношению к полупроводниковой являются массогабаритные показатели магнитного усилителя.

6.22 Классификация распределительных щитов и принципы их построения. Выбор электрических аппаратов и приборов. Условия выбора и проверки.

Кроме назначения, указанного в самом названии, все распределительные устройства (РУ) предназначены для обеспечения надежности работы СЭЭС и безопасности их эксплуатации. Более 80% повреждений, или аварий в электрической части судовой электростанции определяются неправильным действием персонала при оперативных переключениях в схеме. Поэтому, от состава и комплектации РУ, степени их автоматизации существенно зависит надежность и эксплуатационная безопасность. В состав РУ входят: сборные шины, защитная и коммутационная аппаратура, регулирующие и сигнальные устройства, электроизмерительные приборы и другие элементы управления. Все РУ принято классифицировать по:

- назначению

- конструктивному выполнению

- роду тока.